基于MSP430單片機(jī)的溫度測量實(shí)驗(yàn)設(shè)計

摘要：介紹了一種基于MSP430單片機(jī)的測溫實(shí)驗(yàn)，用此實(shí)驗(yàn)可代替教學(xué)中傳統(tǒng)的熱敏電阻結(jié)合電流表的測溫實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)采用熱敏電阻和斜率A／D轉(zhuǎn)換來測量溫度，并由液晶顯示屏顯示出來。通過該實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生更好的掌握傳感器、單片機(jī)、集成電路以及計算機(jī)語言等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。
關(guān)鍵詞：MSP430；溫度測量；斜率A／D；液晶顯示

    隨著時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也不斷進(jìn)步，新的科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用。高等教育是培養(yǎng)高水平人才的重要途徑，但目前某些教學(xué)內(nèi)容還比較落后，并沒有跟上現(xiàn)代科技的發(fā)展。在高等教育的課程中引入更多的現(xiàn)代技術(shù)，有利于對人才的培養(yǎng)。本文介紹一種應(yīng)用MSP4 30單片機(jī)測量溫度的方法，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)中相對落后的熱敏電阻結(jié)合電流表的實(shí)驗(yàn)方法。

1 溫度測量部分
    用于測量溫度的溫度敏感元件有很多種，比如熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器等等。本系統(tǒng)采用的是熱敏電阻。熱敏電阻由對溫度非常敏感的半導(dǎo)體陶瓷質(zhì)工作體構(gòu)成。與一般常用的金屬電阻相比，它有較大的電阻溫度系數(shù)，可以獲得較高的溫度分辨率。不同材料制成的熱敏電阻適用的測溫范圍不同，如CuO和MnO2制成的熱敏電阻適用于-70～120℃，適于測量體溫。溫度是模擬量，要把被測的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以供單片機(jī)處理。為了節(jié)約成本，可以通過斜率A／D轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。斜率A／D轉(zhuǎn)換是利用外接電容的充電和放電來實(shí)現(xiàn)的。電路連接如圖1所示。

    應(yīng)用MSP430的比較器(Comparator_A)和定時器(Timer_A)，可以測量熱敏電阻的阻值。根據(jù)阻值和溫度的對應(yīng)關(guān)系可以得出待測的溫度，實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換。將Comparator_A的CA0端接外部信號，CA1端接內(nèi)部參考電壓0．25Vcc。Timer_A工作在捕獲模式，下降沿捕獲，通過CCI1B捕獲CAOUT。先使P1．2端口輸出高電平，通過Rref給電容C6充電。充電完畢時，CA0端電壓高于CA1端電壓，CAOUT輸出1。讀Timer_A的計數(shù)值t0，t0=TAR。然后再使P1．2端口輸出低電平，電容C6通過Rref放電，當(dāng)CA0端電壓降至0．25Vcc時，Comparator_A輸出翻轉(zhuǎn)，CAOUT輸出0，Timer_A通過CCI1B捕獲到下降沿，觸發(fā)定時器中斷，讀出捕獲值CCR1，t1=CCR1。C6通過Rref放電到0．25Vcc的時間time_ref=t1-t0。再對熱敏電阻Rsens充電和放電，同樣測出C6通過Rsens放電到0．25Vcc的時間time_sens。由下面的公式可以計算出熱敏電阻(Rsens)的阻值。
   

2 溫度顯示部分
    MSP430F413帶有液晶驅(qū)動電路和顯示緩存，通過對顯存中各位的置位和復(fù)位來使得液晶屏上對應(yīng)的段顯示或消失，將斜率轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯存，就可以在液晶屏上顯示出測得的溫度。MSP430有4種驅(qū)動方式，選用哪種驅(qū)動方式由需要驅(qū)動的液晶段數(shù)以及液晶屏的管腳和液晶屏內(nèi)部電極的排布決定。本系統(tǒng)采用的液晶屏是大連東顯電子有限公司生產(chǎn)的EDS812液晶顯示屏。該顯示屏可以顯示3位數(shù)字，有24個管腳，其中1個公共極管腳，23個段極管腳。由于該液晶屏只有1個公共極，只能采用靜態(tài)驅(qū)動方式。根據(jù)圖2和表1所示的對應(yīng)關(guān)系連接MSP4 30和EDS812，并將數(shù)據(jù)寫入顯存，即可顯示出測得的溫度。

3 鍵盤控制部分
    鍵盤是人機(jī)對話的輸入設(shè)備，通過鍵盤可以設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，控制系統(tǒng)運(yùn)行。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的鍵盤可采用非行列式鍵盤和行列式鍵盤。非行列式鍵盤的硬件電路和執(zhí)行軟件都比較簡單，消耗CPU資源少，但只適用于按鍵較少的情況。本系統(tǒng)只有一個電源開關(guān)鍵和一個溫度測量鍵，適于采用非行列式鍵盤。本系統(tǒng)采用輕觸按鍵，它是通過開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)其功能的。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)的運(yùn)行速度相對于操作者按鍵的速度來說是非?？斓?，這樣就必須考慮按下按鍵前后的抖動問題。本系統(tǒng)采用軟件延時來消除抖動，即當(dāng)系統(tǒng)檢測到有按鍵按下時，經(jīng)過20 ms再次檢測是否該按鍵被按下。如果檢測到該按鍵確實(shí)被按下，則執(zhí)行該按鍵對應(yīng)的功能；如果沒有檢測到該按鍵被按下，則繼續(xù)保持待機(jī)狀態(tài)。

4 結(jié)語
    利用以上系統(tǒng)可以精確地測得溫度。不同學(xué)?？梢愿鶕?jù)具體的教學(xué)要求在硬件連接、軟件設(shè)計等方面制定具體的實(shí)驗(yàn)步驟。通過該實(shí)驗(yàn)使學(xué)生將基礎(chǔ)課的教學(xué)階段初步掌握單片機(jī)、傳感器、集成電路的應(yīng)用。由本系統(tǒng)構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)儀器和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器相比較應(yīng)用了更多的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，也更接近實(shí)際的儀器設(shè)備，可以使學(xué)生將學(xué)校中學(xué)到的知識更好地應(yīng)用到實(shí)際工作當(dāng)中。